RU2592657C2 - Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него - Google Patents
Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него Download PDFInfo
- Publication number
- RU2592657C2 RU2592657C2 RU2014153689/02A RU2014153689A RU2592657C2 RU 2592657 C2 RU2592657 C2 RU 2592657C2 RU 2014153689/02 A RU2014153689/02 A RU 2014153689/02A RU 2014153689 A RU2014153689 A RU 2014153689A RU 2592657 C2 RU2592657 C2 RU 2592657C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium
- heat
- tantalum
- tungsten
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 41
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию жаропрочных сплавов на основе титана, используемых для изготовления широкой номенклатуры деформированных полуфабрикатов и деталей. Жаропрочный сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 10,5-12,5; ниобий 38,5-42,0; молибден 0,5-1,5; ванадий 0,5-1,5; цирконий 1,0-2,5; вольфрам 0,3-1,0; тантал 0,3-1,0; кремний 0,1-0,25; гадолиний 0,02-0,6; титан и примеси - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями прочности при комнатной и повышенных температурах до 700°С. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию жаропрочных сплавов на основе титана, используемых для изготовления широкой номенклатуры деформированных полуфабрикатов и деталей (в том числе лопаток, дисков, проставок, корпусов, листов), которые могут быть использованы в силовых конструкциях авиационной и космической техники, энергетических установок, ракет, длительно работающих при температурах до 700°С. Известен жаропрочный сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (см. Патент ЕР №0924308 В1, опубл. 02.05.2002 г.):
| алюминий | 8,2-11,81 |
| ниобий | 31,7-43,8 |
| молибден | 0-3,2 |
| тантал | 0-6,1 |
| цирконий | 0-3,0 |
| кремний | 0-0,38 |
| титан | остальное |
Из известного сплава изготавливают элементы конструкций двигателей, работающих при температуре до 650°С.
Недостатками известного сплава из-за повышенной плотности являются: невысокие значения удельной кратковременной прочности при комнатной температуре и при температуре 650°С, а также длительной прочности при температурах до 650°С. В следствие повышенного окисления известного сплава элементы конструкции имеют ограниченный ресурс.
Известен сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (см. Патент РФ №2 405 849, опубл. 10.12.2010 г.):
| алюминий | 10,5-12,5 |
| ниобий | 38,0-42,0 |
| молибден | 0,3-0,6 |
| цирконий | 1,5-2,5 |
| кремний | 0,1-0,25 |
| углерод | 0,03-0,08 |
| вольфрам | 0,5-1,0 |
| тантал | 0,7-1,5 |
| титан | остальное |
Из известного сплава изготавливают полуфабрикаты для деталей компрессора газотурбинного двигателя. Данный сплав обладает повышенной жаростойкостью при температурах до 700°С.
Недостатками известного сплава являются: повышенная плотность сплава, обусловленная введением «тяжелого» тугоплавкого тантала в количестве до 1,5 мас. %, и недостаточно высокие значения пластичности при комнатной температуре.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе титана, имеющий следующий химический состав, мас. % (см. Патент РФ №2210612, опубл. 20.08.2003 г.):
| алюминий | 10,0-12,0 |
| ниобий | 38,0-42,0 |
| молибден | 0,5-1,0 |
| ванадий | 1,0-1,5 |
| цирконий | 1,0-1,5 |
| кремний | 0,1-0,25 |
| углерод | 0,05-0,08 |
| титан | остальное |
Сплав, известный из прототипа, относится к сплавам на основе титана. Он обладает высокими значениями пластических свойств при комнатной температуре, что позволяет изготавливать из него тонкие листы и фольгу, а также различные деформируемые полуфабрикаты.
Недостатками сплава являются низкие значения прочности при комнатной температуре, кратковременной и длительной прочности при повышенных температурах. Рабочая температура сплава ограничена 650°С, что связано с отсутствием таких тугоплавких элементов, как тантал и вольфрам.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание жаропрочного сплава на основе титана, легированного редкоземельными металлами (РЗМ), обладающего повышенной прочностью при температурах 20 и 700°С и предназначенного для изготовления полуфабрикатов широкого сортимента (листы, плиты, прутки, поковки, штамповки) и сложнопрофильных конструкций, в том числе лопаток сложной геометрии.
Технический результат - повышение прочностных характеристик при комнатной и повышенных температурах до 700°С.
Поставленный технический результат достигается с помощью жаропрочного сплава на основе титана, содержащего алюминий, ниобий, молибден, ванадий, цирконий, кремний, дополнительно содержащий вольфрам, тантал и гадолиний, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| алюминий | 10,5-12,5 |
| ниобий | 38,5-42,0 |
| молибден | 0,5-1,5 |
| ванадий | 0,5-1,5 |
| цирконий | 1,0-2,5 |
| вольфрам | 0,3-1,0 |
| тантал | 0,3-1,0 |
| кремний | 0,1-0,25 |
| гадолиний | 0,02-0,6 |
| титан и примеси | остальное |
Авторами было установлено, что для реализации высокой прочности сплава и конечных изделий из этого сплава необходимо дополнительное введение «бета»-стабилизирующих элементов вольфрама и тантала, обеспечивающих твердофазное упрочнение и стабилизацию фазового состава.
Предпочтительно, суммарное содержание вольфрама и тантала составляет 0,6-1,6 мас. %.
В связи с высокой удельной плотностью «бета»-стабилизирующих элементов вольфрама (19,3 г/см3) и тантала (16,65 г/см3) превышение их суммарного содержания в сплаве более 2,0 мас. % нежелательно, поскольку приводит к повышению плотности сплава и снижению удельных прочностных свойств.
Указанное содержание алюминия в сплаве обеспечивает сочетание прочностных и пластических свойств. Превышение содержания алюминия 12,5 мас. % приводит к увеличению количества α2-фазы и, как следствие, к снижению технологичности сплава.
Отсутствие дополнительного легирования углеродом, который способствует к образованию карбидов, позволяет повысить пластические свойства сплава, а также прочностные характеристики.
Дополнительное легирование гадолинием при заявленном соотношении и содержании компонентов приводит к образованию дисперсных частиц тугоплавких соединений с гадолинием, усиливающих границы зерен, в том числе при высокотемпературных выдержках в процессе деформационной и термической обработки и приводит к повышению прочностных характеристик. Превышение указанного интервала легирования приводит к снижению технологических свойств, в результате выделения большого количества дисперсных частиц. По этой же причине содержание кремния не должно превышать 0,35 мас. %, поскольку происходит образование большого количества силицидов.
Разработанный состав жаропрочного сплава на основе титана в сочетании с упрочняющей двухступенчатой термической обработкой, обеспечивает формирование тонкопластинчатой (Q+β)-структуры с дисперсными частицами α2-фазы и оксидов гадолиния, которые позволяют достичь высоких значений заявленных прочностных и пластических свойств.
Примеры осуществления
Слитки предлагаемого сплава изготавливали по технологии производства титановых сплавов, включающей изготовление расходуемого электрода и выплавку слитков многократным вакуумно-дуговым переплавом для получения однородного химического состава.
Составы предлагаемого сплава (№1-3) и сплава, известного из прототипа (№4), приведены в таблице 1.
Механически обточенные слитки подвергались осадке, всесторонней ковки в обычных или квази-изотермических условиях на плиты. Плиты обтачивались по всем поверхностям «как чисто» и прокатывались на сутунку с целью изготовления лопаточных заготовок. Лопаточные заготовки термически обрабатывались по двухступенчатому режиму, включающему выдержку заготовок в двухфазной (β+α2)-области и трехфазной (Q+β+α2)-области, после чего из них вырезались образцы для механических испытаний. Свойства предполагаемого сплава (№1-3) и сплава, известного из прототипа (№4) представлены в таблице 1.
Предлагаемый сплав превосходит сплав, известный из прототипа по пределу прочности при температуре 20°С на 6-9%, и по пределу прочности при 700°С на 9-12%.
Использование предлагаемого жаропрочного сплава на основе титана позволяет изготавливать детали различного сортамента и сложнопрофильных конструкций, в том числе лопаток сложной геометрии, что позволить снизить их вес за счет более высокого уровня прочности и повысить надежность по сравнению с традиционно применяемыми титановыми сплавами.
Claims (3)
1. Жаропрочный сплав на основе титана, содержащий алюминий, ниобий, молибден, ванадий, цирконий, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, тантал и гадолиний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюминий 10,5-12,5
ниобий 38,5-42,0
молибден 0,5-1,5
ванадий 0,5-1,5
цирконий 1,0-2,5
вольфрам 0,3-1,0
тантал 0,3-1,0
кремний 0,1-0,25
гадолиний 0,02-0,6
титан и примеси остальное
2. Жаропрочный сплав на основе титана, отличающийся тем, что суммарное содержание вольфрама и тантала составляет 0,6-1,6 мас.%.
3. Изделие, выполненное из жаропрочного сплава на основе титана, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153689/02A RU2592657C2 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153689/02A RU2592657C2 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014153689A RU2014153689A (ru) | 2016-07-20 |
| RU2592657C2 true RU2592657C2 (ru) | 2016-07-27 |
Family
ID=56413275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014153689/02A RU2592657C2 (ru) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2592657C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2627304C1 (ru) * | 2016-10-19 | 2017-08-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него |
| RU2660461C1 (ru) * | 2017-04-25 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113981297B (zh) * | 2021-12-28 | 2022-03-22 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 铸造用Ti2AlNb基合金及其制备方法和铸件 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3441407A (en) * | 1964-03-11 | 1969-04-29 | Imp Metal Ind Kynoch Ltd | Titanium-base alloys |
| US5082624A (en) * | 1990-09-26 | 1992-01-21 | General Electric Company | Niobium containing titanium aluminide rendered castable by boron inoculations |
| RU2203339C2 (ru) * | 1997-08-19 | 2003-04-27 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Сплав на основе алюминидов титана |
| RU2008149177A (ru) * | 2007-12-13 | 2010-06-20 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх (De) | Титаналюминидные сплавы |
| CN103334032A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-02 | 昆山乔锐金属制品有限公司 | 高温高强铌基钛合金 |
-
2014
- 2014-12-29 RU RU2014153689/02A patent/RU2592657C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3441407A (en) * | 1964-03-11 | 1969-04-29 | Imp Metal Ind Kynoch Ltd | Titanium-base alloys |
| US5082624A (en) * | 1990-09-26 | 1992-01-21 | General Electric Company | Niobium containing titanium aluminide rendered castable by boron inoculations |
| RU2203339C2 (ru) * | 1997-08-19 | 2003-04-27 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Сплав на основе алюминидов титана |
| RU2008149177A (ru) * | 2007-12-13 | 2010-06-20 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх (De) | Титаналюминидные сплавы |
| CN103334032A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-02 | 昆山乔锐金属制品有限公司 | 高温高强铌基钛合金 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2627304C1 (ru) * | 2016-10-19 | 2017-08-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него |
| RU2660461C1 (ru) * | 2017-04-25 | 2018-07-06 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ ПСЕВДО - α - СПЛАВОВ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014153689A (ru) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9945019B2 (en) | Nickel-based heat-resistant superalloy | |
| CN105143482B (zh) | 镍-钴合金 | |
| US20220380867A1 (en) | Precipitation Hardenable Cobalt-Nickel Base Superalloy And Article Made Therefrom | |
| JP7750901B2 (ja) | 耐クリープ性チタン合金 | |
| RU2657892C2 (ru) | Высокопрочный титановый сплав с альфа-бета-структурой | |
| WO2020203460A1 (ja) | Ｎｉ基超耐熱合金及びＮｉ基超耐熱合金の製造方法 | |
| EP3202931A1 (en) | Ni BASED SUPERHEAT-RESISTANT ALLOY | |
| JP2020105634A (ja) | ＴｉＡｌ合金及びその製造方法 | |
| RU2592657C2 (ru) | Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| JP5645054B2 (ja) | アニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金と耐熱超合金部材 | |
| RU2484166C1 (ru) | Сплав на основе титана | |
| RU2631066C1 (ru) | Жаропрочный высокоэнтропийный сплав | |
| JP5747410B2 (ja) | 耐熱チタン合金 | |
| RU2614356C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| RU2558806C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе алюминия | |
| RU2507289C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| RU2627304C1 (ru) | Интерметаллидный сплав на основе титана и изделие из него | |
| RU2434068C1 (ru) | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al | |
| JP2013053361A (ja) | 耐熱強度に優れた飛翔体用アルミニウム合金 | |
| RU2659546C1 (ru) | Термостойкий сплав на основе алюминия | |
| RU2434067C1 (ru) | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al | |
| RU2471879C1 (ru) | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав | |
| RU2614355C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| RU2586947C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
| RU2566125C1 (ru) | Свариваемый сплав на основе титана |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180524 Effective date: 20180524 |